注浆止水帷幕在车站基坑地下水控制中的应用

随着全球城市化进程不断扩大，地下工程在一定程度上缓解了地面交通拥堵与地上空间紧缺等问题，但地下工程的开挖是一种具有高风险、高难度的施工项目，以北京为例，北京地下水资源丰富，开挖可能会导致潜在的地质灾害和事故，如何有效控制地下水是车站基坑安全开挖亟待解决的问题。

北京地铁16号线丰台南路站主体基坑采取基坑底桩间悬挂式止水帷幕+分段止水墙+基底排水措施进行地下水控制施工，保证了结构顺利施工。

1 工程概况

北京地铁16号线丰台南路站主体围护结构基坑东侧紧邻1栋6层居民楼，西侧紧贴已运营的9号线主体围护结构，南侧紧邻9号线地下风道结构，北侧为9号线预留工程。主体基坑南北向净长183.3m，东西向净宽24.5m，南端外接东南附属结构段净宽24.0m，考虑围护结构均外放5cm，基坑平均深度24.85m。基坑支护结构通过采用围护桩与钢支撑共同作用的方式保障安全。

1.1 工程地质及水文地质条件

拟建场地位于北京城区西南部，属平原地貌。整体趋势为由西向东、由北向南逐渐降低，覆盖土层主要为杂填土、粉土质素填土、粉砂、粉土、卵石。

车站主体基坑基底开挖面高程为21.200m。2011年北京地铁9号线预留工程施工时，地下水位正好位于结构底板下200mm。2013年3月勘察设计单位监测到的水位标高为22.370m。2014年5月实际监测水位标高为22.570m。随着时间的推移，地下水位标高逐渐增加。

1.2 注浆止水帷幕工程概况

1.2.1 施工目的

由于车站周边环境因素的限制，以及从对地下水资源的保护等角度出发，拟采用基坑四周设置桩间注浆止水帷幕+基坑内滞水疏排的施工方案，以满足结构施工的要求。

1.2.2 施工范围

（1）围护桩桩间采用悬挂式止水帷幕注浆加固止水。

（2）桩间注浆止水帷幕施工完成后，在试验段基坑范围内设置导流盲管，并在下一流水段内设置临时集水坑，进行基坑内滞水的疏排。

（3）在基坑流水段分界位置附近横向设置1道止水墙。

（4）施工现场提前准备足够的无砂管、钢花 管、水泵等工具，以备疏排水使用。同时做好施工监测记录，确保信息化施工。

1.2.3 工程特点及相关岩土工程问题分析

（1）主站体为明挖施工，潜水分布于开挖范围 内，由于没有进行降水井施工的场地条件，应采用注浆止水帷幕的方法堵住结构外围地下水渗流到基坑内，结构内部采取井点降水，确保干槽作业。

（2）潜水含水层岩性主要为卵石，成孔难度较 大，因此采用大功率履带式液压钻机。

（3）潜水含水层岩性主要为卵石，卵石地层孔隙率大，导致浆液流失大，因此选取高浓度、扩散均匀、速凝的浆液更有利于结构止水。

1.2.4 注浆止水帷幕方案

根据地勘资料、结构施工顺序、现场施工场地条件等多方面因素的分析，确定试验段注浆止水帷幕方案如下。

（1）将注浆处理区域划分为侧墙桩间斜向注浆区域和止水墙注浆区域。

侧壁桩间斜向注浆处理区域：在预留标高与围护桩中间位置布设4个辐射斜孔，钻孔孔径为?89?mm，全程压力注浆形成基坑外侧隔水帷幕。

止水墙注浆区域：在现有基础底板标高以上位置，预留一定高度的作业高度（水位标高以上 1.500m），在第一流水段外侧布设4排孔，孔深为结构底板下2m。

（2）采用液压钻机钻孔，钻头直径适中，在卵石地层中成孔速率快、注浆时易封孔，有效防止浆液向上窜浆。

（3）通过后退袖阀管同步注浆的方法，同时同步进行多孔（3~6孔）注浆，使地层形成一个整体，有效防止浆液流失，使注浆效果好、效率高，能满足施工进度要求。袖阀管后退式同步注浆过程如图1 所示。

     

图1 袖阀管后退式同步注浆过程

（4）注浆时要做好注浆浆液流量统计，实时观测注浆过程中浆液的流量及压力，实时调整浆液凝固时间，做到最佳扩散半径。

2 主要施工方法 

2.1 袖阀管后退式注浆工艺流程

袖阀管后退式注浆施工工艺流程如图2所示。

     

图2?袖阀管后退式注浆施工工艺流程

2.2 注浆加固方案

根据结构施工顺序安排，本车站主体基坑分9个流水段进行分段开挖，施工以第一流水段作为试验 段，根据试验段地下水情况控制施工经验，按照如下措施进行基坑地下水控制施工。

段间止水墙注浆区与侧墙桩间斜向注浆区域（形成悬挂式止水帷幕）共同构成流水段。

在预留标高围护桩间位置布设1排斜孔，每个桩间布置4个辐射孔，分别为15°时5.5m、28°时6m、40°时4.5m、60°时3m。钻孔孔径为89mm，注浆先注小角度，再依次注大角度。

流水段间止水墙注浆处理区域：本车站止水墙需要设置在下个流水段距施工段界线5.5m处。止水墙宽2m，设置4排注浆孔，梅花形布置，每排均30个注浆孔，孔间距800mm，孔深5m（为水位以上1.5m至基底以下2m），具体如图3、图4所示。

     

图3 桩间止水帷幕注浆布置示意

     

图4 流水段间止水墙平面布置示意

2.3 施工安排

根据现场施工条件，只能分段进行注浆止水帷幕工程，每段注浆完成后等待后续土方与结构完成，方可进入下一个注浆段。

根据现场条件先进场2台全液压履带式钻机成孔，每天完成20个钻孔及80m ³ 左右的注浆量，投入2台双液注浆泵。后期根据现场施工实际进度需要，可随时增加施工机械，确保施工进度及注浆效果。

2.4 钻孔定位

钻孔前，必须清楚桩间注浆位置、注浆工作面及基坑底面标高，再按要求布置孔位。

2.5 施工流程及方法

2.5.1 成孔施工

由于地层复杂，砂卵石粒径大，所以采用2台SP–30L大功率履带式液压锚固钻机。

钻孔保证措施： （1）严格按照设计参数进行钻孔； （2）在钻孔施工过程中要稳定钻机，稳步钻进； （3）每天检查机械设备。

2.5.2 下袖阀管

成孔后放入袖阀管，并检查袖阀管密封圈，安装到位后加盖，防止堵管。

2.5.3 注浆施工

注浆加固设计参数如下。

（1）注浆采用水泥浆（添加一定比例的添加剂）、改性水玻璃、速凝剂的混合浆液注入地层。

（2）注浆压力：注浆终压为1.0~1.5MPa。

（3）注浆孔隙率：按0.42~0.46考虑。

（4）扩散半径：浆液扩散半径为0.5m。

（5）混合浆液：浆液使用流动性强、渗透性强、浓度高、速凝等特征的浆液，主要采用水泥、水玻璃双液浆。

水泥浆采用P·O 42.5水泥，配合比为水∶水泥= 1∶1。水玻璃采用浓度42°Be'。加入速凝剂。水泥浆∶水玻璃稀释液=1∶1。水泥浆与改性水玻璃凝胶如图5所示。

     

图5 水泥浆与改性水玻璃凝胶

3 注浆工艺

为了满足注浆固结的目的，需要按照一定次序进行浆液配制：水泥浆稀释→注浆泵试运转→浆液注 入→压力、注浆量控制。

4 后期施工

4.1 注浆体渗水处理

桩间及分段止水墙注浆完成后，进行基坑土方开挖，由于部分桩间注浆效果不佳，开挖后桩间有渗水及大面积湿迹，会对桩间土体造成塌方隐患，应对该部分桩间土进行重新补偿注浆加固措施，确保基坑桩间土稳定，并达到止水效果。

4.2 基坑滞水疏排

（1）下返梁及基坑周边设置排水盲沟，排水盲沟自南向北设置1%的坡度。排水盲沟内敷设 260mm排水盲管（钢花管），排水盲管敷设完毕后，及时对排水盲沟回填粒径为0.5~3.2cm级配的砂石滤料。

每段结构施工前，在后一段基底设置临时集水井，通过导流盲管将当段的基底水引至后一段临时集水井内进行抽排，然后将当段集水井内的水疏干并将疏松土体清理后，采用C20锚喷料进行回填压实，在确保当段干槽作业的条件下进行当段结构施工。

（2）在上返梁位置根据现场实际情况敷设排水盲管，滤料回填完成后，上部用级配砂石回填并压实。

（3）每一流水段施工时，在下一流水段设置集水井及排水沟，集水井内放置1.5m×1.5m×2m的钢制沉箱，箱内放入水泵供基坑疏排水，泵量选用80m ³ /h，扬程≥50m，施工时应根据坑内实际水量情况调整泵型、泵量，以满足土方开挖、防水及结构施工作业面的排水要求。每个流水段施工完毕，需回填集水井及临时排水沟，具体采用级配砂石分层（每层厚0.5m）回填，滤料为0.5~3.2cm（粒径）的级配砂石，压实系数不小于0.97。

（4）基坑最后一个流水段滞水疏排封堵措施：施工至最后一个流水段时，基坑北端中部位置设置有1个集水坑，后期坑内设置1台水泵抽排水，排水管采用硬质塑料管，基坑侧壁（结构底板顶以上1.5m处）桩间网喷时，在桩间网喷层内预埋硬质塑料管，并沿基底下部至集水坑位置，确保该段底板结构施工时，集水坑能够正常抽排水，满足干槽作业要求。待该段底板结构混凝土达到一定强度、侧墙防水施工前，使用微膨胀性水泥浆液注浆回填该排水管，使之封堵 严密。

（5）施工现场提前准备足够的钢花管（导流盲管）、水泵等工具，以备基坑疏排水使用，同时应做好施工监测记录，确保信息化施工。

5 结束语

由于车站周边环境因素的限制，以及从对地下水资源保护等角度出发，拟采用基坑四周设置桩间注浆止水帷幕+基坑内滞水疏排的施工方案，采取该方案应严格分段进行，钻孔并选取高浓度、扩散均匀、速凝的浆液注浆，更有利于结构止水，并注意结构内部渗水、滞水，通过疏排封堵措施满足结构施工的要求。